Matéria Escura – o que é?

Dando continuidade à série de artigo sobre matéria escura, neste segundo, falarei sobre sua composição e a importância na formação de estruturas.

A primeira pergunta que podemos fazer é: A matéria escura existe? E uma vez que exista, do que é composta?

O modelo MOND (discutiremos em um post posterior) prevê uma modificação das leis da mecânica newtoniana para objetos em grande escala e a grandes distâncias.

O problema é que isso viola os princípios de Homogeneidade e de Isotropia do Universo, que dizem: se o Universo for visto em uma grande escala, as propriedades do Universo são as mesmas para todos os observadores. Isto se chama princípio cosmológico. Simplificando ainda mais, podemos dizer que a parte observável é representativa do todo e as leis que valem aqui, valem para todo o Universo.

Assim, mantendo o princípio cosmológico, precisamos encontrar algum “material”, “entidade” ou “ser”, como queiram chamar, para explicar a existência de uma gravidade superior àquela encontrada apenas observando a matéria bariônica (que simplificaremos com sendo aquela que absorve e emite algum tipo de radiação).

Existem dois tipos, a chamada matéria escura quente e a matéria escura fria.

A matéria escura quente é aquela composta por partículas, como os neutrinos, que viajam à velocidade ultrarrelativística, ou seja, próxima à velocidade da luz e possuem uma massa pequena. Existem equipamentos, como o Observatório de Neutrinos Super-Kamiokande, em Gifu, no Japão, que procuram estas partículas.

Figura 1 – Interior do Observatório de Neutrinos Super-Kamiokande, em Gifu, Japão. Um tanque de água pura, localizado a uma profundidade de 1km e repleta de sensores. Podemos ver alguns técnicos dentro de um bote fazendo a manutenção.

Já a matéria escura fria, mais massiva, possui uma velocidade relativamente menor em comparação à quente. Pode ser encontrada na forma de Objetos Massivos do Halo (MACHOs, em inglês), como os buracos negros; Associações Robustas de Objetos Bariônicos Massivos (RAMBOs, em inglês), como aglomerados de anãs marrons; e/ou uma classe de partículas pesadas denominadas WIMPS, ou Partículas Massivas de Fraca Interação, (é, eu sei que os astrônomos adoram estes acrônimos!), além dos áxions, uma partícula elementar ainda hipotética.

Figura 2 – Simulações computacionais servem para comparar os modelos cosmológicos com os diferentes tipos de matéria escura. Temos, da esquerda para a direita, resultados de simulações com matéria escura quente, morna e fria, respectivamente.

A importância em sabermos qual o tipo de matéria escura existente está no fato em que esta fornece a explicação de como se deu a formação de estruturas do Universo.

Se a matéria escura for quente, sua interação e velocidade impediriam a formação de estruturas em escalas menores que superaglomerados. Posteriormente estes superaglomerados se fragmentariam em aglomerados e finalmente em galáxias individuais.

O modelo mais aceito para a formação de estruturas de galáxias é exatamente o contrário. Chamado de Modelo Hierárquico. Protogaláxias em regiões centrais de halos de matéria escura fria colidem para formar estruturas cada vez maiores. De protogaláxias para galáxias, depois formariam aglomerados e superaglomerados.

Além da matéria escura quente e fria, alguns trabalhos recentes especulam a existência de um terceiro tipo, a matéria escura morna. Composta de partículas de massa intermediária, ainda não descobertas, parecem adequar-se a algumas estruturas observadas.

Diversos autores produzem modelos computacionais de formação de estruturas em que porcentagens diferentes de matéria escura são adicionadas para conseguir explicar o Universo observável.

Sei que acrescentei muito mais dúvidas que explicação, mas espero que tenham gostado desta discussão sobre a composição da matéria escura. Na próxima semana falaremos um pouco mais sobre esta “entidade”.

Published by Jorge Marcelino

Astrônomo, montanhista e apreciador de um bom vinho.